第三章電容式傳感器-閱讀頁(yè)
2024-08-08 05:29本頁(yè)面
【正文】 的 ， 不易校正 ， 因此必須加入鑒頻器 ， 將頻率的變化轉(zhuǎn)換為電壓振幅的變化 ， 經(jīng)過(guò)放大就可以用儀器指示或記錄儀記錄下來(lái) 。 ΔC為傳感器的電容 。 信號(hào)的輸出頻率易于用數(shù)字儀器測(cè)量 ， 并與計(jì)算機(jī)通訊 ， 抗干擾能力強(qiáng) ， 可以發(fā)送 、 接收 ， 以達(dá)到遙測(cè)遙控的目的 。 第 3章 電容式傳感器 三、二極管雙 T型交流電橋 D 2D 1C1C2ABR2R1RLUR2RLR1I1I2( a )( b )C1C2U?++D 2D 1C1C2ABR2R1RLUR2RLR1I1I2( a )( b )C1C2U?++第 3章 電容式傳感器 是高頻電源 ， 它提供了幅值為 U的對(duì)稱方波 ， D D2為特性完全相同的兩只二極管 ， 固定電阻 R1=R2=R， C C2為傳感器的兩個(gè)差動(dòng)電容 。 其電路工作原理如下：當(dāng)輸入為正半周時(shí) ， 二極管 D1導(dǎo)通 、 D2截止 ， 于是電容 C1充電 ， 其等效電路如圖 （ b） 所示；在隨后負(fù)半周出現(xiàn)時(shí) ， 電容 C1上的電荷通過(guò)電阻 R1， 負(fù)載電阻 RL放電 ， 流過(guò) RL的電流為 I1。根據(jù)上面所給的條件 ， 則電流 I1=I2， 且方向相反 ， 在一個(gè)周期內(nèi)流過(guò) RL的平均電流為零 。 第 3章 電容式傳感器 當(dāng) RL已知，且令 )()()2(2 常數(shù)MRRRRRRLLL ??????????則上式可改寫(xiě)為 )( 21 CCfMUU io ?? ??第 3章 電容式傳感器 可知 ， 輸出電壓 Uo不僅與電源電壓幅值和頻率有關(guān) ， 而且與 T形網(wǎng)絡(luò)中的電容 C1和 C2的差值有關(guān) 。 該電路輸出電壓較高 ， 當(dāng)電源頻率為 MHz， 電源電壓 U=46V時(shí) ， 電容在 7~7 pF變化 ， 可以在 1MΩ負(fù)載上得到 5~5V的直流輸出電壓 。 當(dāng) U幅值較高 ，使二極管 VD VD2工作在線性區(qū)域時(shí) ， 測(cè)量的非線性誤差很小 。 輸出信號(hào)的上升沿時(shí)間取決于負(fù)載電阻 。 第 3章 電容式傳感器 四、脈沖寬度調(diào)制電路 雙 穩(wěn) 觸發(fā) 器D 1D 2R1R2AuA BFGCx 1Cx 2BQA1A2UrCD第 3章 電容式傳感器 0?Q Cx Cx2為差動(dòng)電容傳感器 。 當(dāng)雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器處于某一狀態(tài) ， Q=1， ， A點(diǎn)高電位通過(guò) R1對(duì) Cx1充電 ， 時(shí)間常數(shù)為 τ1= R1 Cx1 ， 直至 C點(diǎn)電位高于參考電位Ur， 比較器 A1 輸出正跳變信號(hào) 。 A1正跳變信號(hào)激勵(lì)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn) ， 使 Q=0， ， 于是 A點(diǎn)為低電位 ， Cx1通過(guò) D1迅速放電 ， 而 B點(diǎn)高電位通過(guò) R2對(duì) Cx2充電 ， 時(shí)間常數(shù)為 τ2= R2 Cx2 ，直至 D點(diǎn)電位高于參考電位 Ur， 比較器 A2 輸出正跳變信號(hào) ， 使觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn) 。 當(dāng)差動(dòng)電容器 Cx1=Cx2時(shí) ， 電路各點(diǎn)波形如圖 （ a） 所示 ， A、 B兩點(diǎn)間的平均電壓為零 。由于充放電時(shí)間常數(shù)變化 ， 使電路中各點(diǎn)電壓波形發(fā)生相應(yīng)改變 。 此 uAB電壓經(jīng)低通濾波器濾波后 ， 可獲得 Uo 21211 TTTTUUUUBAo ?????式中： U1——觸發(fā)器輸出高電平； T T2——Cx Cx2充電至 Ur時(shí)所需時(shí)間。 當(dāng)差動(dòng)電容 Cx1= Cx2=C0， 即 d1=d2=d0時(shí) ， Uo=0；若 Cx1≠Cx2， 設(shè) Cx1 Cx2 ， 即 d1=d0Δd, d2=d0+Δd, 10UddUo??12121 UddddUo ???第 3章 電容式傳感器 同樣， 在變面積電容傳感器中， 則有 1USSUo?? 由此可見(jiàn) ， 差動(dòng)脈寬調(diào)制電路適用于變極板距離以及變面積差動(dòng)式電容傳感器 ， 并具有線性特性 ， 且轉(zhuǎn)換效率高 ， 經(jīng)過(guò)低通放大器就有較大的直流輸出 ， 調(diào)寬頻率的變化對(duì)輸出沒(méi)有影響 。 當(dāng)差動(dòng)電容 Cx1≠Cx2 有 第 3章 電容式傳感器 t uA uA uB uAB U1 U1 0 0 0 U1 U1 T1 T2 t t t t t (a) 0 U1 uB 0 U1 UC Ur 0 t UD Ur 0 t uAB U1 U1 0 t U0 Ur 0 T2 t (b) UD Ur T1 0 UC 第 3章 電容式傳感器 第四節(jié) 電容傳感器的應(yīng)用舉例 電容式壓力傳感器 外殼p1p2金 屬 鍍 層凹 形 玻 璃 膜片過(guò) 濾 器第 3章 電容式傳感器 圖為差動(dòng)電容式壓力傳感器的結(jié)構(gòu)圖 。 當(dāng)被測(cè)壓力或壓力差作用于膜片并產(chǎn)生位移時(shí) ， 所形成的兩個(gè)電容器的電容量 ， 一個(gè)增大 ， 一個(gè)減小 。 第 3章 電容式傳感器 電容式加速度傳感器 差動(dòng)式電容加速度傳感器結(jié)構(gòu)圖 621C1C25d1d24 31— 固 定 電 極 ；2— 絕 緣 墊 ；3— 質(zhì) 量 塊 ；4— 彈 簧 ；5— 輸 出 端 ；6— 殼體第 3章 電容式傳感器 當(dāng)傳感器殼體隨被測(cè)對(duì)象沿垂直方向作直線加速運(yùn)動(dòng)時(shí) ， 質(zhì)量塊在慣性空間中相對(duì)靜止 ， 兩個(gè)固定電極將相對(duì)于質(zhì)量塊在垂直方向產(chǎn)生大小正比于被測(cè)加速度的位移 。 電容式加速度傳感器的主要特點(diǎn)是頻率響應(yīng)快和量程范圍大 ， 大多采用空氣或其它氣體作阻尼物質(zhì) 。 把兩塊極板用導(dǎo)線連接起來(lái)成為一個(gè)極 ， 而帶材就是電容的另一個(gè)極 ， 其總電容為 C1 + C2 ， 如果帶材的厚度發(fā)生變化 ， 將引起電容量的變化 ， 用交流電橋?qū)㈦娙莸淖兓瘻y(cè)出來(lái) ， 經(jīng)過(guò)放大即可由電表指示測(cè)量結(jié)果 。 電橋的輸出電壓經(jīng)放大器放大后整流為直流 ， 再經(jīng)差動(dòng)放大 ， 即可用指示電表指示出帶材厚度的變化
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